《機構(gòu)自由度計算》課件

機械學基礎課程電子教案機械與電子工程學院閆鋒欣西北農(nóng)林科技大學1編輯ppt機械學基礎課程電子教案機械與電子工程學院西北農(nóng)林科技大學1編第1章機構(gòu)的組成及平面連桿機構(gòu)1.零件－螺釘、軸2.構(gòu)件－剛性組合3.機構(gòu)－確定的運動一.基本定義1.1平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度4.自由度2編輯ppt第1章機構(gòu)的組成及平面連桿機構(gòu)1.零件－螺釘、軸2.構(gòu)件－第2章平面連桿機構(gòu)2-1

平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度2-2

平面四桿機構(gòu)的基本類型2-3

平面四桿機構(gòu)的特點及設計基本要求:掌握基本概念熟練掌握機構(gòu)運動簡圖的繪制熟練掌握機構(gòu)自由度的計算方法掌握平面連桿機構(gòu)的類型、特點、演化方法掌握平面四桿機構(gòu)的工作特性3編輯ppt第2章平面連桿機構(gòu)2-1平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度基本要2-1平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度一、構(gòu)件二、運動副三、機構(gòu)四、平面機構(gòu)的運動簡圖五、平面機構(gòu)的自由度4編輯ppt2-1平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度一、構(gòu)件4編輯ppt一、構(gòu)件構(gòu)件：獨立影響機構(gòu)功能并能獨立運動的單元體（實物、剛體、運動的整體）機架、原動構(gòu)件、從動構(gòu)件零件：單獨加工的制造單元體通用零件、專用零件構(gòu)件可以由一個零件組成也可以由幾個零件組成原動件1234從動件機架5編輯ppt一、構(gòu)件構(gòu)件：獨立影響機構(gòu)功能并能獨立運動的單元體構(gòu)件可以由與動力源組合機器的組成(從運動觀點看)由構(gòu)件組成(從制造觀點看)由零件組成機械機器機構(gòu)構(gòu)件零件通用零件專用零件原動構(gòu)件從動構(gòu)件機架零件構(gòu)件機構(gòu)機器靜聯(lián)接動聯(lián)接(運動副)6編輯ppt與動力機器的組成(從運動觀點看)由構(gòu)件組成機械機器機構(gòu)構(gòu)件零xyo二、運動副運動副:

兩構(gòu)件直接接觸而形成的可動聯(lián)接運動副元素：構(gòu)成運動副時直接接觸的點、線、面部分接觸形式:

點、線、面7編輯pptxyo二、運動副運動副:兩構(gòu)件直接接觸而形成的可動聯(lián)接7編運動副分類按接觸形式分類按相對運動分類8編輯ppt運動副分類按接觸形式分類8編輯ppt按接觸形式分類：接觸形式:

點、線、面低副：面接觸高副：點、線接觸平面低副空間低副xyo高副高副空間低副平面低副平面低副9編輯ppt按接觸形式分類：接觸形式:點、線、面平面低副xyo高副高副按相對運動分類：運動副的性質(zhì)（即運動副引入的約束）確定了兩構(gòu)件的相對運動按相對運動分類：轉(zhuǎn)動副：相對轉(zhuǎn)動——回轉(zhuǎn)副、鉸鏈移動副：相對移動

螺旋副：螺旋運動球面副：球面運動

10編輯ppt按相對運動分類：運動副的性質(zhì)（即運動副引入的約束）確定了兩構(gòu)運動副類型小結(jié)平面低副:轉(zhuǎn)動副、移動副（面接觸）平面高副:齒輪副、凸輪副（點、線接觸）空間低副:螺旋副、球面副、圓柱副（面接觸）空間高副:球和圓柱與平面、球與圓柱副(點、線接觸)運動副特性:運動副一經(jīng)形成,組成它的兩個構(gòu)件間的可能的相對運動就確定。而且這種可能的相對運動,只與運動副類型有關,而與運動副的具體結(jié)構(gòu)無關。工程上常用一些規(guī)定的符號代表運動副11編輯ppt運動副類型小結(jié)平面低副:轉(zhuǎn)動副、移動副（面接觸）平面副低副：轉(zhuǎn)動副、移動副(面接觸)高副：齒輪副、凸輪副(點、線接觸)xyoxyottnnnt12編輯ppt平面副低副：轉(zhuǎn)動副、移動副(面接觸)高副：齒輪副、凸輪副(點空間副高副：點、線接觸球面副螺旋副了解13編輯ppt空間副高副：點、線接觸球面副螺旋副了解13編輯ppt機構(gòu)是由構(gòu)件通過運動副連接而成的原動件：按給定運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件從動件：其余的活動構(gòu)件機架：固定不動的構(gòu)件原動件1234從動件機架閉鏈開鏈機構(gòu)三、機構(gòu)14編輯ppt機構(gòu)是由構(gòu)件通過運動副連接而成的原動件1234從動件機架閉鏈1概述2構(gòu)件的表示方法3運動副的表示方法4運動簡圖的繪制方法5例題四、平面機構(gòu)的運動簡圖15編輯ppt1概述四、平面機構(gòu)的運動簡圖15編輯ppt1概述機構(gòu)各部分的運動，取決于：原動件的運動規(guī)律、各運動副的類型、機構(gòu)的運動尺寸(確定各運動副相對位置的尺寸)機構(gòu)運動簡圖:（表示機構(gòu)運動特征的一種工程用圖）用簡單線條表示構(gòu)件規(guī)定符號代表運動副按比例定出運動副的相對位置與原機械具有完全相同的運動特性比較：機構(gòu)示意圖：沒嚴格按照比例繪制的機構(gòu)運動簡圖用途：分析現(xiàn)有機械，構(gòu)思設計新機械16編輯ppt1概述機構(gòu)各部分的運動，取決于：16編輯ppt2構(gòu)件的表示方法桿、軸類構(gòu)件機架同一構(gòu)件兩副構(gòu)件三副構(gòu)件17編輯ppt2構(gòu)件的表示方法桿、軸類構(gòu)件17編輯ppt3運動副的表示方法轉(zhuǎn)動副移動副高副（齒輪副、凸輪副）２18編輯ppt3運動副的表示方法轉(zhuǎn)動副２18編輯ppt4運動簡圖的繪制方法步驟：確定構(gòu)件數(shù)目及原動件、輸出構(gòu)件各構(gòu)件間構(gòu)成何種運動副？（注意微動部分）選定比例尺、投影面，確定原動件某一位置，按規(guī)定符號繪制運動簡圖標明機架、原動件和作圖比例尺繪制路線：原動件

中間傳動件

輸出構(gòu)件觀察重點：各構(gòu)件間構(gòu)成的運動副類型良好習慣：各種運動副和構(gòu)件用規(guī)定符號表達誤區(qū)：構(gòu)件外形19編輯ppt4運動簡圖的繪制方法步驟：19編輯ppt5例題：內(nèi)燃機20編輯ppt5例題：內(nèi)燃機20編輯pptABCEFDG例題：破碎機21編輯pptABCEFDG例題：破碎機21編輯ppt1234ABC141223A14B12C23432414例題：22編輯ppt1234ABC141223A14B12C23432414例題1平面機構(gòu)自由度的計算2機構(gòu)具有確定運動的條件3幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理復合鉸鏈局部自由度虛約束4小結(jié)五、平面機構(gòu)的自由度23編輯ppt1平面機構(gòu)自由度的計算五、平面機構(gòu)的自由度23編輯ppt1平面機構(gòu)自由度的計算(1)平面運動構(gòu)件的自由度(構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運動)(2)平面運動副引入的約束R(對獨立的運動所加的限制)xyＯ21

與其它構(gòu)件未連之前：3用運動副與其它構(gòu)件連接后,運動副引入約束,原自由度減少xyoxyottnnR=2R=2R=1結(jié)論：平面低副引入2個約束平面高副引入1個約束24編輯ppt1平面機構(gòu)自由度的計算(1)平面運動構(gòu)件的自由度(2)(3)平面機構(gòu)自由度計算公式如果：活動構(gòu)件數(shù)：n

低副數(shù)：pl

高副數(shù)：phxyＯ21未連接前總自由度：3n連接后引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n-(2pl+ph)機構(gòu)自由度F：F=3n-2pl-ph25編輯ppt(3)平面機構(gòu)自由度計算公式如果：活動構(gòu)件數(shù)：nxyＯ21機構(gòu)自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

112345F=3n－2pl－ph

=3

－2

－450=

2F=3n－2pl－ph

=3

－2

－221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

1F=3n－2pl－ph

=3

－2

－451=

126編輯ppt機構(gòu)自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph340=F=3n－2pl－ph

=3

4－2

5－0=2

F=3n－2pl－ph

=3

3－2

5－0=-1

F=3n－2pl－ph

=3

2－2

3－0=0

2機構(gòu)具有確定運動的條件F=0,剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運動原動件數(shù)小于F,各構(gòu)件無確定的相對運動原動件數(shù)大于F,在機構(gòu)的薄弱處遭到破壞結(jié)論：機構(gòu)具有確定運動的條件：1機構(gòu)自由度>02原動件數(shù)＝機構(gòu)自由度數(shù)BCABCADEAEBCD27編輯pptF=3n－2pl－phF=3n－2pl－phF=3m個構(gòu)件(m>2)在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副m-1個低副(1)復合鉸鏈412356F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－560＝

3F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－570＝

1412356②錯對—計算在內(nèi)5232351m個構(gòu)件,m-1個鉸鏈3幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理28編輯pptm個構(gòu)件(m>2)在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副(1)復合鉸鏈4123F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－331＝

2F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－221＝

1錯對—排除(2)局部自由度定義：機構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨立的局部運動,不影響機構(gòu)輸出運動的自由度局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦時添加的滾子、軸承中的滾珠解決的方法：計算機構(gòu)自由度時，設想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個構(gòu)件動畫29編輯pptF＝3n－2pl－ph331＝2F＝3n－2pl－ph不影響機構(gòu)運動傳遞的重復約束在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運動副所引入的約束可能與其它運動副所起的限制作用一致，這種不起獨立限制作用的運動副叫虛約束虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合處理方法：計算自由度時，將虛約束（或虛約束構(gòu)件及其所帶入的運動副）去掉結(jié)論F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－123F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－231＝-1錯221＝1對—排除之一為虛約束(3)虛約束30編輯ppt不影響機構(gòu)運動傳遞的重復約束F＝3n－2PL－PH123F虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合A兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時B兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動過程中始終保持不變時C聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合時D機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分31編輯ppt虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合A兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時31編輯pA兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時兩構(gòu)件組合成多個轉(zhuǎn)動副，且其軸線重合兩構(gòu)件組合成多個移動副，其導路平行或重合兩構(gòu)件組合成若干個高副，但接觸點之間的距離為常數(shù)123123目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－221＝1動畫32編輯pptA兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時兩構(gòu)件組合成多個轉(zhuǎn)動副，且其軸B兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動中保持不變時在這兩個例子中，加與不加紅色構(gòu)件AB效果完全一樣，為虛約束計算時應將構(gòu)件AB及其引入的約束去掉來計算412351234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－460＝

0BA錯對＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝133編輯pptB兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動中保持不變時在這兩個例子中，C兩構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合在該機構(gòu)中，構(gòu)件2上的C點C2與構(gòu)件3上的C點C3軌跡重合，為虛約束計算時應將構(gòu)件3及其引入的約束去掉來計算同理，也可將構(gòu)件4當作虛約束，將構(gòu)件4及其引入的約束去掉來計算，效果完全一樣BAC(C2,C3)D1234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝1動畫34編輯pptC兩構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合在該機構(gòu)中，構(gòu)件2上的C點C2與D機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分在該機構(gòu)中，齒輪3是齒輪2的對稱部分，為虛約束計算時應將齒輪3及其引入的約束去掉來計算同理，將齒輪2當作虛約束去掉，完全一樣目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－332＝112345動畫35編輯pptD機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分在該機構(gòu)中，齒輪3是齒輪2虛約束——結(jié)論機構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效約束，而使機構(gòu)不能運動采用虛約束是為了:改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；或滿足某種特殊需要在設計機械時，若為了某種需要而必須使用虛約束時，則必須嚴格保證設計、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所需要的幾何條件12336編輯ppt虛約束——結(jié)論機構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如4自由度計算小結(jié)自由度計算公式:F＝3n－2pl－ph機構(gòu)自由度＝3×活動構(gòu)件數(shù)－(2×低副數(shù)+1×高副數(shù))計算步驟:確定活動構(gòu)件數(shù)目確定運動副種類和數(shù)目確定特殊結(jié)構(gòu):局部自由度、虛約束、復合鉸鏈計算、驗證自由度幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理:1、復合鉸鏈—計算在內(nèi)2、局部自由度—排除3、虛約束--重復約束—排除37編輯ppt4自由度計算小結(jié)自由度計算公式:37編輯ppt二.運動副及其分類回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副簡圖回轉(zhuǎn)副移動副1.低副(面接觸)低副高副38編輯ppt二.運動副及其分類回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副簡圖回轉(zhuǎn)副移動副1.低副(面移動副移動副簡圖39編輯ppt移動副移動副簡圖39編輯ppt2.高副（點、線接觸）三.平面機構(gòu)運動簡圖40編輯ppt2.高副（點、線接觸）三.平面機構(gòu)運動簡圖40編輯ppt活塞泵機構(gòu)機構(gòu)簡圖例題1－1：繪制如圖所示活塞泵機構(gòu)的機構(gòu)簡圖。已知活塞泵由曲柄1、連桿2、齒扇3、齒條活塞4和機架5共五個構(gòu)件